Praca kontrolna

„Żak”

Temat: Formaty plików graficznych

Przedmiot: multimedia i grafika komputerowa

Marcin Siuda

Nr. 13

Prowadzący: Krzysztof Dominko

Lublin, 29.12.2011r.

Formaty plików graficznych

Pliki graficzne

Ilustracje mogą być pamiętane jako pliki graficzne o różnych formatach. Można wyróżnić formaty, służące do pamiętania bitmap, akceptowane przez większość edytorów grafiki, oraz formaty, typowe dla grafiki wektorowej, związane z konkretnym programem.

Bitmapy

mogą być pamiętane w dwóch postaciach:

• nieskompresowanej (plik o rozszerzeniu bmp)

• skompresowanej.

Kompresja pliku może odbywać się bez utraty informacji o poszczególnych pikselach (bezstratna) lub z utratą części informacji, zauważalną w mniejszym lub większym stopniu gorszą jakością obrazu (stratna).

Grafika wektorowa

przechowywane są dane o figurach, z których złożony jest obraz. Te dane to (nie zawsze wszystkie są potrzebne/sensowne):

• Rodzaj figury (odcinek [wektor], wielokąt, okrąg, krzywa.);

• Współrzędne punktów charakterystycznych (końców odcinków, wierzchołków wielokątów, środków okręgów, punktów opisujących krzywe.);

• Grubość linii rodzaj linii (ciągła, przerywana, kropkowana, ze strzałkami na końcach.);

W topografii komputerowej spotykamy wiele zagadnień odnośnie plików graficzny wśród nich możemy zaliczyć takie typy jak:

• Kolor figury (lub kolory jej składowych - na przykład inny dla konturu, inny dla wypełnienia5);

• Warstwa/głębokość, (bo figury mogą się na siebie nakładać, i ta, która jest na wyższej

Warstwie przysłania te na niższej).

Grafika rastrowa

cały obraz (prostokąt) podzielony jest na siatkę równych prostokącików (zwykle kwadratów) - tak zwanych pikseli 4 - najmniejszych elementów obrazu rastrowego. W pliku przechowywane są wymiary obrazka (wyrażone w pikselach poziomo i pionowo) oraz dane o wyświetlaniu każdego z pikseli. Te dane to kolor piksela i w niektórych formatach jego przezroczystość. Podczas zapisywania grafiki rastrowej warto zastanowić się nad formatem zapisu pliku. Najistotniejszymi kryteriami wyboru formatu graficznego powinny być:

• Oszczędność miejsca na dysku,

• Szybkość otwierania i zapisywania obrabianej grafiki,

• Możliwość umieszczania na stronach WWW,

• Dopasowanie do wymogów stawianych przez program, z którego korzystamy.

Zapis kolorów

• W trybie indeksowym bitmapa wyposażona jest w tabelę kolorów (paletę). Każdy element palety jest kolorem w pewnym formacie (RGB, CMYK itp.). Kolor piksela jest określony indeksem koloru w palecie. Jednocześnie można używać podzbioru dostępnego zakresu barw.

• W trybie true color każdy piksel ma przypisany kolor w pewnym formacie (RGB, CMYK, itp.)

• W trybie grayscale każdy piksel ma przypisany odcień szarości.

Wyświetlanie progresywne

• Tryb progresywny jest sposobem kodowania i wyświetlania grafiki.

• W pierwszej kolejności przesyłany i wyświetlany jest zarys obrazu, który stopniowo wyostrza się w trakcie ładowania pliku.

• Realizuje się to przez przeplot. W pierwszej kolejności wysyłane są linie będące wielokrotnością liczby 16, potem 8, 4, 2. Na końcu przesyłane są linie nieparzyste.

• Jest to funkcja adresowana do użytkowników dysponujących wolnym łączem.

Kanał alfa

• Parametr ten reprezentuje przezroczystość pikseli. Może on być używany dla obrazów true color i grayscale.

• Wartość 0 określa pełną przezroczystość, wartość maksymalna brak przezroczystości.

• Przezroczystość tła użyta w formacie GIF jest po prostu dwubitowym kanałem alfa.

Przykład ilustrujący kanał alfa powodujący przezroczystość kolorów

Korekcja gamma

• Korekcja gamma jest sposobem na opisanie jaskrawości obrazu zarejestrowanego przez kamerę lub skaner. Ma ona na celu dokładne odwzorowanie kolorów przy odtwarzaniu obrazu.

• Program graficzny, znając wartość gamma kamery, drukarki i monitora, jest w stanie poprawnie odwzorować kolory na ekranie i w druku.

Podstawowe kompresje

LZW - najskuteczniejsza kompresja bezstratna, działa na zasadzie budowy słownika ciągów pikseli: każdy ciąg w słowniku jest identyfikowany przez wartość kodu, a rezultatem działania operacji jest lista kodów ze słownika. Innymi słowy zmniejszamy rozmiar pliku poprzez skrócony opis poziomej linii pikseli tego samego koloru (informacja o długości sekwencji i kolorze).

Podstawowe kompresje

Kodowanie JPEG przebiega w czterech etapach:

- Kodowanie koloru - daje 50% oszczędności miejsca, nie jest stosowane przy obrazach ze skalą szarości; zmiana bezstratna;

- Transformacja DCT - pozwala na dyskretne przejścia pomiędzy barwami; zmiana bezstratna;

- Kwantyzacja - główny etap stratny, obróbce podlegają wartości Transformacji DCT;

- Kodowanie - etap pobrania rezultatów kwantyzacji i skompresowania ich do pliku (tzw. Proces entropii), kodowanie Hu mana lub alternatywnie kodowanie arytmetyczne.

Wavelet - to kompresja oparta na wykorzystaniu algorytmów falkowych, czyli funkcji macierzystych

przyjmujących wartości różne od zera tylko w pewnym skończonym przedziale. Metoda stratna, obrazy kompresowne tą metodą charakteryzują się zamazaniem brzegów i ogólnym wygładzeniem, nie powoduje ,powstawania zniekształceń struktury przedmiotu na obrazie jak to czyni metoda JPEG.

Kompresja fraktalowa (Fractal Image Compression) jest kompresją stratną, opartą na lokalnym samo-podobieństwie obrazu. Metoda fraktalowa jest przykładem kompresji asymetrycznej, tzn.: więcej czasu potrzeba na kompresję niż na dekompresję obrazu.

BMP

• Format przechowywania grafiki rastrowej opracowany dla OS/2 w roku 1987, następnie zastosowany jako podstawowy format plików graficznych systemu Windows.

• Pliki tego formatu nazywane są też bitmapami (rozszerzenie bmp), zawierają obrazy o głębi kolorów do 24 bitów.

• Nie jest skompresowany.

TIFF

Tag Image File Format

• Opracowany w 1986 roku, najpowszechniejszy format zapisu obrazów - stosowany w faksach, aparaturze medycznej, naświetlarkach. Dzięki temu można o nim mówić, że jest formatem wymiany plików graficznych. Podstawowy format w poligrafii.

• Format niezależny od platformy. Zapisuje obrazy o dowolnej głębi barw. Jest bardzo elastyczny, można tworzyć różnorodne rozszerzenia tego formatu, zapisywać dodatkowe informacje.

• Najczęściej spotykany nieskompresowany (cena nośnika jest zaniedbywalna przy cenie druku) . Kompresuje się przede wszystkim faksy (prosta kompresja LRE).

PCX

Paintbrush exchange

• Format zapisu plików graficznych opracowany na początku lat 80, gdy w użyciu były jeszcze karty graficzne CGA i Hercules, potem modyfikowany.

• Zapis 1,4,8 i 24 bitowych obrazów.

• Prosta i szybka bezstratna kompresja metodą kodowania długości ciągów (LRE). Mało wydajny algorytm kompresji był główną przyczyną wyparcia tego formatu przez format GIF.

IFF

(HAM) Interchange File Format

• Format zapisu danych stosowany w systemie komputerów Amiga służący do zapisu oraz wymiany, miedzy programami, danych różnego typu, np.: grafiki, animacji, dźwięku, zwykłych danych tekstowych.

• W komputerach PC stosowano jego odmianę - format LBM.

• Jakość obrazu zapisanego w IFF może być porównywana z TIFF.

• Format rzadko stosowany ze względu na niezbyt efektywny algorytm kompresji i skomplikowaną strukturę.

GIF

Graphics Interchange Format

• Stworzony przez CompuServe Inc w roku 1987. Ze względu na wydajny algorytm kompresji stał się, na pewien czas, sieciowym standardem wymiany grafiki. Obecnie traci popularność na rzecz formatów JPG i PNG.

• Używa palety 256 wybranych spośród 16,7 miliona kolorów. Wspiera przeźroczyste tło, sekwencje animowane, wyświetlanie progresywne.

• Używa kompresji LZW - idealnej do kodowania grafiki komputerowej i rysunku technicznego. Jego wydajność gwałtownie spada przy kompresji nieregularnych struktur np.: zdjęć.

JPEG

Joint Photographic Experts Group

• Format JPEG został opracowany w roku 1991 jako odpowiedź na problemy z kompresją zdjęć algorytmem LZW .

• Obsługuje 24 bitową głębię kolorów (16,7 mln odcieni) i wyświetlanie progresywne. Pozwala kontrolować stopień kompresji.

• Stosuje stratny algorytm kompresji. Algorytm ten wykorzystuje badania nad postrzeganiem obrazu przez oko ludzkie, więc straty są widoczne dopiero przy znacznym stopniu kompresji i w powiększeniu. Idealny do zdjęć. Nie nadaje się do grafiki i rysunku technicznego ze względu na rozmazywanie konturów i linii.

Obraz	Jakość	Rozmiar	Współczynnik kompresji	Komentarz
	Pełna, jakość (Q=100)	83,261	2,6:1	Niezauważalnie małe artefakty
	Przecięta, jakość (Q=50)	15,138	15:1	Pierwsze oznaki artefaktów małej skali na granicach obiektów
	Średnia, jakość (Q = 25)	9,553	23:1	Silniejsze artefakty; strata informacji z dużej rozdzielczości
	Niska, jakość (Q = 10)	4,781	46:1	Duże straty rozciągłości tonalnej; artefakty na krawędziach obiektów
	Najniższa, jakość (Q = 1)	1,523	144:1	Bardzo duża strata kolorów i kształtów; niektóre obiekty niemalże nierozpoznawalne

PNG

Portable Network Graphics

• Jest to format otwarty i darmowy. Powstał w 1996 roku jako alternatywa dla otwartego lecz płatnego GIF'a.

• Zapisuje kolor indeksowany, true color (do 48 bitów), skalę szarości (do 16 bitów), wspiera 8 bitowy kanał alfa, korekcję gamma, wyświetlanie progresywne. Nie może zawierać animacji.

• Kompresja bezstratna, podobna do LZW, około 20% wydajniejsza.

JBIG2

Joint Bilevel Imaging Group

• Obecnie opracowywany standard do kompresji danych jednobitowych, czyli obrazów dwubarwnych. Opracowywany w celu bardziej efektywnego niż TIFF kodowania faksów.

• Wspiera wyświetlanie progresywne. Podobnie jak TIFF jest formatem bardzo elastycznym.

• Kompresja bezstratna lub stratna. Bardzo szybkie algorytmy dekompresji (konieczne wobec słabości procesorów instalowanych w faksach).

LWF

LuraTech Wavelet Format

• Opracowany został w roku 2000 przez LuraTech GmbH. Zakres zastosowań ma podobny jak JPEG (kompresja zdjęć), ale daje o wiele lepsze efekty. Jest to format zamknięty.

• Oferuje zapis obrazów true color (do 48 bitowych). Wspiera wyświetlanie progresywne, wybór rodzaju i wydajności kompresji.

• Wykorzystuje kompresję wavelet.

JPEG 2000

• Opracowany w roku 2000 przez Joint Photographic Experts Group jako następca formatów GIF i JPEG. Jest to format otwarty.

• Wspiera sekwencje animowane, wyświetlanie progresywne, do 256 kanałów barwnych, korekcję gamma.

• Wykorzystuje stratną lub bezstratną kompresję falkową.DjVu

Deja Vu

• Format opracowany w 1999 roku przez AT&T Labs i LizardTech Inc. W przeciwieństwie do LWF jest to format otwarty. Format DjVu został opracowany z myślą o udostępnianiu w Internecie książek a w szczególności rękopisów i starodruków, stąd dbałość twórców o wierne odwzorowanie tekstu.

• Oferuje zapis obrazów true color (do 48 bitowych). Wspiera wyświetlanie progresywne, wybór rodzaju i wydajności kompresji.

• Wykorzystano w nim kompresję wavelet wzbogaconą o algorytmy wyodrębniania krawędzi co polepsza czytelność tekstu i grafiki.

MrSID

Multi-resolution Seamless Image Database

• Opracowany około roku 2000 przez Los Alamos National Laboratory i LizardTech Inc. algorytm kompresji i jednocześnie baza danych mająca służyć do archiwizacji zdjęć satelitarnych.

• Charakteryzuje się wydajną kompresją, wysoką jakością obrazów, automatyczną rekombinacją zdjęć w większą całość, przesyłaniem obrazów w zadanym zmniejszeniu.

• Wykorzystuje kompresję wavelet.

FIF Fractal Image Format

• Format plików stworzony przez Iterated Systems Inc. Jest oparty na matematycznych pracach nad geometrią fraktalną z 1984r. Sam format szczyt popularności przeżywał w roku 1997.

• W przypadku idealnym obrazy można powiększać w nieskończoność bez utraty szczegółów. W praktyce okazuje się jednak, że dobranie odpowiedniego systemu funkcji jest trudne i daje nierówne wyniki: od fenomenalnych do zupełnie przeciętnych.

• Wykorzystuje kompresję fraktalową.

PS i EPS

PostScript i Encapsulated PostScript

• Format PS został opracowany w roku 1984 przez korporację Adobe jako język opisu strony dla drukarek laserowych.

• Jest to pełnoprawny interpretowany język programowania. Pliki PS są plikami tekstowymi i zawierają kod programu. Wykonanie programu powoduje wygenerowanie strony wydruku.

• Dzięki zastosowaniu wektorowej koncepcji grafiki, format PS jest niezależny od konkretnego modelu drukarki, stanowiąc dzięki temu format wymiany dokumentów.

• EPS jest nieco okrojonym PostScriptem. Język jest identyczny, jednak nie opisuje strony, tylko kwadrat (na przykład rysunek, wykres, itp.) Programy obsługujące format PS potrafią wstawić EPS do generowanej strony.

SVG

Scalable Vector Graphics

• Jest to oparty na składni XML'a format zapisu rysunków wektorowych. Został zaprojektowany specjalnie dla stron WWW.

• Jest to format tekstowy i można go edytować ręcznie - dowolnym edytorem tekstu.

• Można do tej grafiki wprowadzić element grafiki rastrowej (w formatach JPG, PNG) - np. zdjęcie.

• Użytkownik buduje obraz z podstawowych brył. Ponadto może wpływać na kolor, grubość, rozmiar i nałożenie brył.

FLASH

• Opracowany przez Macromedia Inc. wektorowy format zapisu animacji. Jest to format binarny (w przeciwieństwie do tekstowych PS i SVG) i otwarty.

• Można za jego pomocą tworzyć witryny internetowe, filmy, interaktywne prezentacje.

• Jest na tyle silny, że potencjalnie może zastąpić HTML w Internecie.

Formaty plików związane z różnymi programami

Rozszerzenia nazw plików zawierających obraz utworzony

w podanych niżej programach graficznych

• cdr - edytor grafiki wektorowej Corel DRAW;

• wmf -cliparty w pakiecie O ice - standard pamiętania grafiki wektorowej w środowisku Windows;

• drw - edytor grafiki wektorowej Micrografix - Windows Draw;

• ppf - edytor grafiki Micrografix - Picture Publisher;

• lgw - animacje w Edytorze Obrazów programu Komeniusz Logo;

• cpt - mapy bitowe programu Corel Photo Point.

Porównanie kompresorów

• Obecnie powszechnymi formatami są GIF i JPEG.

• Coraz większą popularność zyskuje FLASH.

• Przeglądarki są już dobrze przygotowane do obsługi PNG, który może wkrótce zacząć wypierać GIF'a.

• Formaty falkowe są słabo wspierane przez przeglądarki. Webmasterzy używający ich muszą być przygotowani na to, że części użytkowników sprawią kłopoty.

• DjVu i MrSID to formaty niszowe. DjVu ma jednak szansę nie dopuścić do głosu JPEG2000.

---